まずは、金属球と輪っかの実験の様子を動画で確認しましょう。「温めたら通らなくなり、冷やしたらまた通る」この不思議を、原子の動きという視点から説明していきます。

なぜ膨張・収縮が起こるのか？

物質は、目に見えない原子や分子の粒からできています。

• 温めると、原子・分子の動きが元気になり、振動が大きくなる。
• その結果、粒同士の間隔が少し広がって、全体の体積が大きくなる。
• 冷やすと動きが落ち着き、間隔が縮んで体積が小さくなる。

金属球も輪も目で見ればほとんど同じ大きさに見えますが、原子レベルでは、温度によって確かに大きさが変化しているのです。

温めると体積が大きくなる、冷やすと体積が小さくなるという考え方は、金属だけでなく水や気体にも関係します。ただし、変化の大きさは同じではありません。

水は身近な物質なので、温めると体積が増える例として出やすい一方、4℃付近では特別な性質もあります。中学受験では、まず温度が上がると粒の動きが活発になり、体積が変化するという大きな考え方をおさえましょう。

「温めると膨張・冷やすと収縮」は、金属・液体・気体すべてに関係する基本ルールです。ただし、変化の大きさや、圧力の影響の受け方は物質の状態によって違う、という点もセットで覚えておきましょう。

体積と温度の関係が理解できたか、クイズでチェックしてみましょう。各問題の「正解を見る」を開くと答えを確認できます。